CN103177131B - 具有断电自保护功能的数据采集装置和数据采集卡 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有断电自保护功能的数据采集卡，涉及测试、测量技术领域，包括一个为所述数据采集卡供电的第一供电单元和依次串联连接的一个输入端口、一个测量单元和一个输出端口；一个输入控制电路，用于在所述第一供电单元断电时，产生一个第一控制信号；一个开关单元，用于响应所述第一控制信号，使所述输入端口和测量单元断开。本发明提供的数据采集卡在断电时自动切断数据采集卡的输入端口和测量单元，达到保护测量单元的目的。

Description

具有断电自保护功能的数据采集装置和数据采集卡

技术领域

本发明涉及测量、测试技术领域，特别是涉及一种具有断电自保护功能的数据采集装置和数据采集卡。

背景技术

数据采集装置是一种具有总线结构的标准化模块仪器，包括控制模块、电源模块、背板模块、开关卡和数据采集卡。总线设置在背板模块上，控制模块和电源模块分别与背板模块上的总线连接；背板模块上设有插槽，数据采集卡和开关卡分别可以通过插槽拔插，当数据采集卡和开关卡通过插槽插入，便与总线连接。开关卡用来连接被测装置，并可以将被测装置产生的被测外部信号通过背板单元上的总线传输给数据采集卡；数据采集卡从被测外部信号中自动采集信息，可以采集直流电压、交流电压、直流电流、交流电流、频率、温度、压力等信息，并将信息通过总线传输给控制模块。

下面介绍一种具有总线结构的数据采集装置100，参考图1，包括控制模块101、电源模块102、背板模块103、开关矩阵104和数据采集卡105等部分。

结合参考图2，数据采集卡105包括输入端口201、测量单元202、输出端口203和第一供电单元204，输入端口201、测量单元202和输出端口203串联连接。

开关矩阵104包括有开关卡1、开关卡2……开关卡N-1、开关卡N。

背板模块103上设有信号总线1031、控制总线1032和电源总线1033等。

控制模块101通过控制总线1032连接到数据采集卡105的输出端口203和各个开关卡。控制模块101控制各个开关卡和数据采集卡105完成输入信号切换和数据采集。

电源模块102通过电源总线1033连接到数据采集卡105的第一供电单元204和各个开关卡。电源模块102向电源总线1033供电，数据采集卡105的第一供电单元204和开关卡可以从电源总线1033上获得电源。

数据采集装置100通过开关卡接受被测外部信号输入，而开关卡通过信号总线1031连接到数据采集卡105的输入端口201。开关卡接受和解析通过控制总线1032传输来的由控制模块101发出的控制命令，并根据控制命令将被测外部信号输入到信号总线1031上。

数据采集卡105接受和解析通过控制总线1032传输来的由控制模块101发出的控制命令，并根据控制命令对信号总线1031上的信号进行数据采集，并将采集到的数据通过控制总线1032传输到控制模块101。

在进行数据采集时，控制模块101首先通过控制总线1032发送控制命令到开关矩阵104中的开关卡，开关卡根据命令将被测外部信号输入中的一路或多路传输到信号总线1031上；然后控制模块101通过控制总线1032发送控制命令到数据采集卡105，数据采集卡105中的测量单元202通过输入端口201对信号总线1031中的数据进行采集；采集完成后，再通过数据采集卡105的输出端口203和控制总线1032将数据返回控制模块101，整个数据采集过程完成。

由上所述，开关矩阵104中的开关卡仅仅是将被测外部信号耦合到信号总线1031中，数据采集卡105通过测量单元202实现对被测外部信号的数据采集。因此，在被测外部信号超出测量单元202的允许输入范围时，需要对测量单元202进行保护。

结合参考图3，现有的对测量单元202进行保护的方法是在输入端口201和测量单元202之间设置一个输入过载保护电路205。在被测外部信号超出测量单元202的测量范围时，例如过流、过压、过功率等，将输入到测量单元202的信号限制到允许的范围内，或者切断输入端口201和测量单元202之间的信号耦合，达到保护测量单元202的目的。

结合参考图4，一种输入过载保护电路205，包括依次串联的气体放电管E41、电感L41和冲击吸收网络，而冲击吸收网络由电容C41、压敏电阻RV41和普通电阻R41并联而成。当HI端子和LO端子之间的电压超出气体放电管E41的击穿电压后，气体放电管E41导通，气体放电管E41两端压降变低，HI端子和LO端子之间的电压大部分都集中在冲击吸收网络两端；当冲击吸收网络两端的电压超过压敏电阻RV41的击穿电压后，压敏电阻RV41有电流流过，发热吸收掉冲击能量。由于气体放电管E41和压敏电阻RV41击穿导通后流过的电流比较大，如果负载内阻较大的话，HI端子和LO端子之间的电压会被钳制在气体放电管E41和压敏电阻RV41的动作击穿范围内，从而达到保护的目的。

上述的输入过载保护电路205仅仅考虑了测量单元202正常工作时的允许输入范围，而没有考虑测量单元202在断电时的允许输入范围。数据采集卡可能会出现断电情况，例如当数据采集装置100的外接电源断电时，电源模块102会因断电而无法为电源总线1033供电，数据采集卡105中的第一供电单元204也会断电，即数据采集卡105断电；当电源模块102出现故障时，也无法为电源总线1033供电，数据采集卡105中的第一供电单元204也会断电；当背板模块103出现故障时，也有可能无法为数据采集卡105中的第一供电单元204供电；当数据采集卡105中的第一供电单元204出现故障时，也无法为数据采集卡105供电，等等。

如本领域普通技术人员所公知，在断电情况下，电路中的元器件没有偏置到确定的工作点或者没有切换到正确的工作状态，造成测量单元202允许的输入范围不确定，且一般比正常工作时的允许输入范围更小；更有一些输入过载保护电路在断电时不起作用。因此，在断电时，被测外部信号过大或者在正常工作时允许的输入范围内时，也有可能会损坏测量单元202。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种具有断电自保护功能的数据采集装置以及数据采集卡，在数据采集卡断电时，会自动切断数据采集卡中的输入端口与测量单元。

本发明提供了一种具有断电自保护功能的数据采集装置，包括一个控制模块、一个电源模块、一个数据采集卡、一个开关矩阵、一个背板模块；

所述数据采集卡包括一个为所述数据采集卡供电的第一供电单元和依次串联连接的一个输入端口、一个测量单元、一个输出端口；

所述背板模块包括一个控制总线、一个电源总线、一个信号总线；

所述控制模块通过所述控制总线与所述数据采集卡的输出端口连接；

所述电源模块通过所述电源总线与所述数据采集卡的第一供电单元连接；

所述开关矩阵通过所述信号总线与所述数据采集卡的输入端口连接；

所述数据采集卡还包括：

一个输入控制电路，用于在所述第一供电单元断电时，产生一个第一控制信号；

一个开关单元，用于响应所述第一控制信号，使所述输入端口和测量单元断开。

本发明提供的数据采集装置在数据采集卡断电时，自动切断数据采集卡的输入端口和测量单元，也即切断了被测外部信号流向测量单元的通路，达到了在断电时保护测量单元的目的。

同时，由于在断电情况下，数据采集装置中各个模块没有偏置到确定的工作点，或者没有切换到正确的状态，这时如果将数据采集装置与被测装置连接，也会影响被测装置的正常工作，甚至会损坏被测装置。因此，在断电时，本发明还使得被测装置不受数据采集装置的影响，保护了被测装置。

作为一个举例说明，本发明所述的数据采集装置中，所述输入控制电路用于检测所述第一供电单元的电压输出状态，并在所述第一供电单元输出断电电压时，产生所述第一控制信号。

作为一个举例说明，本发明所述的数据采集装置中，所述输入控制电路还用于检测所述第一供电单元的上电持续时间，并在所述第一供电单元的上电持续时间超出一个阈值范围时，产生一个第二控制信号；所述开关单元，用于响应所述第二控制信号，使所述输入端口和测量电路导通。由上所述，在所述数据采集卡上电时，测量单元需要上电复位，因此设置一个时间阈值，在上电持续时间未超出所述阈值时，所述开关单元断开所述输入端口和测量单元，保护测量单元；当所述上电持续时间超出所述阈值范围时，才允许开关单元将所述输入端口和测量单元导通，进入正常测量工作状态。

作为又一个举例说明，本发明所述的数据采集装置中，所述输入控制电路还依据所述测量单元的状态信号，在所述第一供电单元的上电持续时间超出所述阈值范围、且所述测量单元输出处于工作状态的信号时，产生所述第二控制信号。

作为一个举例说明，本发明所述的数据采集装置中，所述输入控制电路还依据所述测量单元的上电复位状态信号，在所述测量单元输出复位完成的信号时，产生一个第二控制信号；所述开关单元，用于响应所述第二控制信号，使所述输入端口和测量电路导通。由上所述，在所述数据采集卡上电时，测量单元需要上电复位，需要检测所述测量单元的上电复位状态，当所述测量单元处于上电复位状态时，所述开关单元断开所述输入端口和测量单元，保护测量单元；当所述测量单元上电复位完成时，所述输入控制电路依据复位完成的信号，使得开关单元将所述输入端口和测量单元导通。

作为一个举例说明，本发明所述的数据采集装置中，所述数据采集卡还包括一个第二供电单元，用于存储所述第一供电单元输出的电能，并在所述第一供电单元断电时，向所述输入控制电路供电。所述第一供电单元断电时，第二供电单元向所述输入控制电路供电，使所述开关单元使所述输入端口与测量单元断开。

作为一个举例说明，本发明所述的数据采集装置中，所述数据采集卡还包括一个二极管，用于使所述第一供电单元向所述第二供电单元正向导通。

作为一个举例说明，本发明所述的数据采集装置中，所述输入控制电路包括一个电源检测芯片ADM803和一个执行电路，所述电源检测芯片ADM803的输入端连接到所述第一供电单元的输出端，电源检测芯片ADM803的输出端连接到所述执行电路的一个输入端，所述测量单元的信号输出端连接到执行电路的另一个输入端，所述执行电路的输出端连接到所述开关单元。

本发明还提供了一种具有断电保护功能的数据采集卡，应用于数据采集装置中，所述数据采集卡包括一个为所述数据采集卡供电的第一供电单元和依次串联连接的一个输入端口、一个测量单元、一个输出端口；

所述数据采集卡还包括：

一个输入控制电路，用于在所述第一供电单元断电时，产生一个第一控制信号；

一个开关单元，用于响应所述第一控制信号，使所述输入端口和测量单元断开。

本发明提供的数据采集卡，在断电时自动切断数据采集卡的输入端口和测量单元，也即切断了被测外部信号流向测量单元的通路，达到了在断电时保护测量单元的目的。

同时，由于在断电情况下，数据采集装置中各个模块没有偏置到确定的工作点，或者没有切换到正确的状态，这时如果将数据采集装置与被测装置(被测外部信号的产生装置)连接，也会影响被测装置的正常工作，甚至会损坏被测电路。因此，在断电时，本发明还使得被测装置不受数据采集装置的影响，保护了被测装置。

作为一个举例说明，本发明所述的数据采集卡中，所述输入控制电路用于检测所述第一供电单元的电压输出状态，并在所述第一供电单元输出断电电压时，产生所述第一控制信号。

作为一个举例说明，本发明所述的数据采集卡中，所述输入控制电路还用于检测所述第一供电单元的上电持续时间，并在所述第一供电单元的上电持续时间超出一个阈值范围时，产生一个第二控制信号；所述开关单元，用于响应所述第二控制信号，使所述输入端口和测量电路导通。由上所述，在所述数据采集卡上电时，测量单元需要上电复位，因此设置一个时间阈值，在上电持续时间未超出所述阈值时，所述开关单元断开所述输入端口和测量单元，保护测量单元；当所述上电持续时间超出所述阈值范围时，才允许开关单元将所述输入端口和测量单元导通。

作为又一个举例说明，本发明所述的数据采集卡中，所述输入控制电路还依据所述测量单元的状态信号，在所述第一供电单元的上电持续时间超出所述阈值范围、且所述测量单元输出处于工作状态的信号时，产生所述第二控制信号。

作为一个举例说明，本发明所述的数据采集卡中，所述输入控制电路还依据所述测量单元的上电复位状态信号，在所述测量单元输出复位完成的信号时，产生一个第二控制信号；所述开关单元，用于响应所述第二控制信号，使所述输入端口和测量电路导通。由上所述，在所述数据采集卡上电时，测量单元需要上电复位，需要检测所述测量单元的上电复位状态，当所述测量单元处于上电复位状态时，所述开关单元断开所述输入端口和测量单元，保护测量单元；当所述测量单元上电复位完成时，所述输入控制电路依据复位完成的信号，使得开关单元将所述输入端口和测量单元导通，进入正常工作状态。

作为一个举例说明，本发明所述的数据采集卡还包括一个第二供电单元，用于存储所述第一供电单元输出的电能，并在所述第一供电单元断电时，向所述输入控制电路供电。所述第一供电单元断电时，第二供电单元向所述输入控制电路供电，使所述开关单元使所述输入端口与测量单元断开。

作为一个举例说明，本发明所述的数据采集卡还包括一个二极管，用于使所述第一供电单元向所述第二供电单元正向导通。

作为一个举例说明，本发明所述的数据采集卡中，所述输入控制电路包括一个电源检测芯片ADM803和一个执行电路，所述电源检测芯片ADM803的输入端连接到所述第一供电单元的输出端，电源检测芯片ADM803的输出端连接到所述执行电路的一个输入端，所述测量单元的信号输出端连接到执行电路的另一个输入端，所述执行电路的输出端连接到所述开关单元。

本发明提供的具有断电自保护功能的数据采集装置和数据采集卡，在数据采集卡断电时自动切断数据采集卡的输入端口和测量单元，达到保护测量单元的目的，同时隔离度高，热电势低。

附图说明

图1是数据采集装置100的结构示意图；

图2是数据采集卡105的一个结构示意图；

图3是数据采集卡105的又一个结构示意图；

图4是输入过载保护电路205的电路原理图；

图5是数据采集卡105的又一个结构示意图；

图6是数据采集卡105的又一个结构示意图；

图7是数据采集卡105的又一个结构示意图；

图8是数据采集卡105的又一个结构示意图；

图9是数据采集卡105的一个具体实现的电路图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

在本实施例中，参考图1，本发明所述的数据采集装置100包括控制模块101、电源模块102、背板模块103、开关矩阵104和数据采集卡105。

结合参考图5，所述数据采集卡105包括输入端口201、测量单元202、输出端口203、第一供电单元204、输入控制电路206、开关单元207。

开关矩阵104包括有N块开关卡，背板模块103上设有信号总线1031、控制总线1032和电源总线1033；控制模块101通过控制总线1032连接到数据采集卡105的输出端口203和各个开关卡，电源模块102通过电源总线1033连接到数据采集卡105的第一供电单元204和各个开关卡，开关卡通过信号总线1031连接到数据采集卡105的输入端口201。

在本实施例中，结合参考图6，所述测量单元202采用一个自锁继电器K，自锁继电器K包括开关元件S和电磁元件L，开关元件S的接口208连接到输入端口201、接口209连接到测量单元202，电磁元件L的两个接口2010和2011连接到输入控制电路206的输出端。当开关元件S闭合，则输入端口201和测量单元202之间导通，输入端口201处的信号即可通过开关元件S耦合到测量单元202；当开关元件S断开，则输入端口201和测量单元202之间断开。而开关元件S的闭合与断开受到电磁元件L的控制，当输入控制电路206向电磁元件L加由接口2011流向接口2010的正向电流时，电磁元件L使开关元件S闭合，当输入控制电路206向电磁元件L加由接口2010流向接口2011的反向电流时，电磁元件L使开关元件S断开。

输入控制电路206的输入端连接到第一供电单元204的输出端，检测第一供电单元204的输出端的电压状态，当输入控制电路206检测到第一供电单元204输出断电电压时，就输出由接口2010流向接口2011的反向电流，自锁继电器K立即断开，切断输入端口201和测量单元202之间的连接。

作为一种变形，所述开关单元207还可以采用非自锁继电器，还可以采用光控继电器，还可以采用温度继电器，等等。

作为一种变形，所述输入控制电路206还可以检测所述第一供电单元204的输入端的电压状态，还可以检测第一供电单元204的控制端的电压状态，还可以检测第一供电单元204内部的电压状态，等等。

作为一个举例说明，所述第一供电单元204可以是直接将电源总线1033中的电源引入的线缆，也可以是变压器等。

作为一个举例说明，结合参考图3、图4，还可以将所述的输入过载保护电路205同时设置在数据采集卡105中，可以设置在所述输入端口201和自锁继电器K之间，也可以设置在自锁继电器K和测量单元202之间。

作为一个举例说明，所述输入控制电路206还可以检测所述第一供电单元204的上电持续时间，并在所述第一供电单元204的上电持续时间未超出一个阈值范围时，向所述自锁继电器K加由接口2010流向接口2011的反向电流，自锁继电器K保持断开状态；当第一供电单元204的上电持续时间超出所述阈值范围时，所述输入控制电路206向自锁继电器K加由接口2011流向接口2010的正向电流，自锁继电器K闭合，输入端口201和测量单元202之间导通。

作为一种变形，所述输入控制电路206还可以接收所述测量单元202的状态信号，当输入控制电路206检测到第一供电单元204的上电持续时间超出所述阈值范围、且接收到所述测量单元202处于正常工作状态的信号时，才向自锁继电器K加由接口2011流向接口2010的正向电流，自锁继电器K闭合，输入端口201和测量单元202之间导通。

所述测量单元202可以对其自身的状态进行检测，并将检测结果给输入控制电路206；也可以设置有一个状态检测的模块，实现对测量单元202的状态进行检测，并将检测结果给输入控制电路206。所述测量单元202具有上电复位状态、工作状态、切换状态、断电状态等，只有当所述测量单元202进入正常工作状态，所述输入控制电路206才使得所述自锁继电器K闭合。

作为一个举例说明，本领域普通技术人员所公知，所述第一供电单元204上电时，所述测量单元202需要上电复位，包括微处理器复位、微处理器初始化、配置逻辑电路、通信接口初始化等等。在所述测量单元202上电复位时，由于电路中的元器件还没有达到正确的工作状态，如果此时将被测外部信号接入，很有可能会损坏测量单元202。

因此，在所述第一供电单元204上电时，所述输入控制电路206还可以接收所述测量单元202的上电复位状态信号。当所述测量单元202复位完成时，输出复位完成的信号给输入控制电路206，输入控制电路206接收到复位完成的信号后，才向自锁继电器K加由接口2011流向接口2010的正向电流，自锁继电器K闭合，输入端口201和测量单元202之间导通。

所述测量单元202可以对其自身的上电复位状态进行检测，并将检测结果给输入控制电路206；也可以设置有一个状态检测的模块，实现对测量单元202的上电复位状态进行检测，并将检测结果给输入控制电路206。

作为一个举例说明，结合参考图7，所述数据采集卡105还可以设置有第二供电单元2012，所述第二供电单元2012的输入端连接所述第一供电单元204的输出端，而第二供电单元2012的输出端则连接所述输入控制电路206。所述第一供电单元204供电时，为所述第二供电单元2012充电，此时所述第二供电单元2012存储电能；当所述第一供电单元204断电时，所述第二供电单元2012向所述输入控制电路206供电，输入控制电路206向自锁继电器K加由接口2010流向接口2011的反向电流，自锁继电器K断开，切断输入端口201和测量单元202之间的连接。

作为一种变形，所述第二供电单元2012可以采用电容实现，也可以采用充电干电池实现，也可以采用可充电蓄电池实现，还可以采用存储电能器件EDLC实现，等等。

所述第二供电单元2012的容量应不小于所述自锁继电器K断开所需要的电量，而作为本领域普通技术人员所公知，自锁继电器K断开所需要的电量由继电器本身的工作电流、断开时间、额定电压和最小工作电压等决定。

作为一个举例说明，在所述第二供电单元2012和所述第一供电单元204之间串联有一个二极管，当所述第一供电单元204供电时，二极管导通，第一供电单元204向第二供电单元2012充电；当所述第一供电单元204断电时，第二供电单元2012放电，二极管反偏，第二供电单元2012只向输入控制电路206供电。

作为一个举例说明，结合参考图8，所述输入控制电路206包括一个电源检测芯片2061和一个执行电路2062，所述电源检测芯片采用ADM803；电源检测芯片2061的输入端连接到所述第一供电单元204的输出端，电源检测芯片2061的输出端连接到所述执行电路2062的一个输入端，所述测量单元202的信号输出端连接到执行电路2062的另一个输入端，所述执行电路2062的输出端连接到所述自锁继电器K的接口2010和2011。此时所述执行电路2062由所述电源检测芯片2061和测量单元202共同控制。

作为一种变形，所述电源检测芯片2061的输入端还可以分别连接到第一供电单元204的输出端和测量单元202的信号输出端，电源检测芯片2061的输出端连接执行电路2062的输入端，执行电路2062的输出端连接开关单元207的接口2010和2011。此时执行电路2062由所述电源检测芯片2061控制。

作为一种变形，所述输入控制电路206还可以由单片微处理器构成控制部件，在检测到所述第一供电单元204断电时控制所述开关单元207断开；所述输入控制电路206还可以由FPGA门阵列构成控制部件实现，还可以由CPU构成控制部件实现，等等。

作为一个举例说明，图9是数据采集卡105的一个具体实现的电路图，并结合参考图1、图2、图5-图8进行说明，输入端口201连接到背板模块103的信号总线1031，输出端口203连接到控制总线1032，第一供电单元204连接到电源总线1033。输入端口201和测量单元202之间设置有自锁继电器K，自锁继电器K的开关元件的端子4和16连接到输入端口201的输出端，自锁继电器K的开关元件的端子1和13连接到测量单元202的输入端。

所述执行电路2062包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、反相器U1F、二极管D1、二极管D2、NMOS管Q1、NMOS管Q2、PMOS管Q3、PMOS管Q4，电源检测芯片2061采用AMD803，第二供电单元2012采用电容C1，第二供电单元2012和第一供电单元204之间设有二极管D3。

电源检测芯片2061的输出端PD跟二极管D1、二极管D2、电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端跟公共端GND连接，二极管D1的另一端跟电阻R3和NMOS管Q1和PMOS管Q4的栅极连接，电阻R3的另一端跟测量单元202的端子R连接；二极管D2的另一端跟电阻R2和反相器U1F的输入端子13连接，电阻R2的另一端跟测量单元202的端子S连接，反相器U1F的输出端子12跟PMOS管Q3和NMOS管Q2的栅极连接；NMOS管Q1和NMOS管Q2的源极跟公共端GND连接，PMOS管Q3和PMOS管Q4的源极跟第二供电单元2012的输出端子VBK连接，PMOS管Q4的漏极和NMOS管Q1的漏极跟自锁继电器K的电磁元件的端子RR(即端子14)连接，PMOS管Q3和漏极和NMOS管Q2的漏极跟自锁继电器K的电磁元件的端子RS(即端子2)连接。

二极管D3的一端跟第一供电单元204的输出端VS连接，二极管D3的另一端跟输出端VBK连接；电容C1的一端跟输出端VBK连接，另一端跟公共端GND连接。

第一供电单元204的输出端VS还分别连接到输出端口203、测量单元202和电源检测芯片2061的输入端。

首先，假设数据采集卡105处于断电状态，即第一供电单元204不供电，第二供电单元2012没有存储电能，测量电路202的各个元器件均不工作，测量单元202也不工作；这有可能是因为数据采集卡105与背板模块103没有连接，也有可能是因为数据采集装置100的电源模块102没有供电给电源总线1033等。

当所述第一供电单元204上电时，第一供电单元204通过其输出端VS向电容C1充电，并向测量单元202、输出端口203和电源检测芯片2061供电，电源检测芯片2061检测所述第一供电单元204的上电持续时间，当这个上电持续时间没有超出预先设定的一个时间阈值范围时，电源检测芯片2061的输出端PD仍然保持低电平状态，PMOS管Q4和NMOS管Q1的栅极以及反相器U1F的输入端13的电平通过二极管D1和二极管D2被电源检测芯片2061的输出端PD拉低，反相器U1F的输出端12输出高电平，PMOS管Q4导通，NMOS管Q1截止，自锁继电器K的电磁元件的RR端为高电平；PMOS管Q3和NMOS管Q2的栅极被反相器U1F的输出端12拉高，PMOS管Q3截止，NMOS管Q2导通，自锁继电器K的电磁元件的RS端为低电平，电流从自锁继电器K的RR端流向RS端，继电器K的开关元件断开(或保持断开状态)，输入端口201和测量单元202的耦合路径是断开的，从而保护测量单元202在通电瞬间不会被异常的被测外部输入信号损坏；同时也保护了连接到开关卡的被测装置不被干扰或损坏。

当所述电源检测芯片2061检测到所述第一供电单元204的上电持续时间超出所述时间阈值范围时，其输出端PD输出高电平，二极管D1和二极管D2反偏，此时自锁继电器K由测量单元202来控制。

当所述测量单元202需要正常采集信息时，测量单元202的端子S输出高电平、端子R输出低电平，反相器U1F的输出端12输出低电平，自锁继电器K的电磁元件的端子RR为低电平、端子RS为高电平，电流从RS流向RR，自锁继电器K的开关元件闭合，输入端口201通过端子4和16耦合到端子1和13，进而输出给测量单元202，测量单元202正常采集信息。

当所述测量单元202需要进行切换状态等动作时，测量单元202的端子S输出低电平、端子R输出高电平，反相器U1F的输出端12输出高电平，自锁继电器K的电磁元件的端子RR为高电平、端子RS为低电平，电流从RR流向RS，自锁继电器K的开关元件保持断开。

当所述第一供电单元204断电时，第一供电单元204的输出端VS变为低电平，第二供电单元2012的输出端VBK的电压由电容C1维持在高电平，二极管D3反偏，执行电路2062由电容C1供电。电源检测芯片2061检测到第一供电单元204的输出端VS为低电平后，其输出端PD变为低电平。PMOS管Q4和NMOS管Q1的栅极以及反相器U1F的输入端13的电平通过二极管D1和二极管D2被电源检测芯片2061的输出端PD拉低，反相器U1F的输出端12输出高电平，PMOS管Q4导通，NMOS管Q1截止，自锁继电器K的电磁元件的RR端为高电平；PMOS管Q3和NMOS管Q2的栅极被反相器U1F的输出端12拉高，PMOS管Q3截止，NMOS管Q2导通，自锁继电器K的电磁元件的RS端为低电平，电流从自锁继电器K的RR端流向RS端，继电器K的开关元件断开，输入端口201和测量单元202之间的耦合路径被切断，从而保护测量单元202不被异常的被测外部信号损坏。

由上可知，在第一供电单元204断电瞬间，也即所述数据采集卡105断电瞬间，自锁继电器K已经将输入端口201和测量单元202之间的耦合路径断开，因此在断电状态持续时，输入端口201和测量单元202之间的耦合路径一直是保持断开的；也因此在第一供电单元204再次通电瞬间，也不会有异常信号连接到测量单元202，从而进一步保护测量单元202在通电瞬间不会被异常信号损坏，也同时保护了通电瞬间的被测装置不会被干扰或损坏。

由上所述，本发明所述的数据采集装置和数据采集卡解决了背景技术中存在的断电时测量单元有可能会被损坏的问题，同时也解决了通电瞬间测量单元有可能会被损坏的问题，也解决了通电瞬间被测装置有可能会被干扰或损坏的问题，提供了一种全方位的保护测量单元的数据采集卡和数据采集装置，隔离度高，热电势低，成本低。

以上所述的仅为本发明的具体实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种具有断电自保护功能的数据采集装置，包括一个控制模块、一个电源模块、一个数据采集卡、一个开关矩阵、一个背板模块；

所述数据采集卡包括一个为所述数据采集卡供电的第一供电单元和依次串联连接的一个输入端口、一个测量单元、一个输出端口；

所述背板模块包括一个控制总线、一个电源总线、一个信号总线；

所述控制模块通过所述控制总线与所述数据采集卡的输出端口连接；

所述电源模块通过所述电源总线与所述数据采集卡的第一供电单元连接；

所述开关矩阵通过所述信号总线与所述数据采集卡的输入端口连接；

其特征在于，所述数据采集卡还包括：

一个输入控制电路，用于在所述第一供电单元断电时，产生一个第一控制信号；

一个开关单元，用于响应所述第一控制信号，使所述输入端口和测量单元断开。

2.根据权利要求1所述的具有断电自保护功能的数据采集装置，其特征在于：

所述输入控制电路，用于检测所述第一供电单元的电压输出状态，并在所述第一供电单元输出断电电压时，产生所述第一控制信号。

3.根据权利要求2所述的具有断电自保护功能的数据采集装置，其特征在于：

所述输入控制电路，还用于检测所述第一供电单元的上电持续时间，并在所述第一供电单元的上电持续时间超出一个阈值范围时，产生一个第二控制信号；

所述开关单元，用于响应所述第二控制信号，使所述输入端口和测量电路导通。

4.根据权利要求3所述的具有断电自保护功能的数据采集装置，其特征在于：

所述输入控制电路，还依据所述测量单元的状态信号，在所述第一供电单元的上电持续时间超出所述阈值范围、且所述测量单元输出处于工作状态的信号时，产生所述第二控制信号。

5.根据权利要求2所述的具有断电自保护功能的数据采集装置，其特征在于：

所述输入控制电路，还依据所述测量单元的上电复位状态信号，在所述测量单元输出复位完成的信号时，产生一个第二控制信号；

所述开关单元，用于响应所述第二控制信号，使所述输入端口和测量电路导通。

6.根据权利要求4或5所述的具有断电自保护功能的数据采集装置，其特征在于：

所述数据采集卡还包括一个第二供电单元，所述第二供电单元的输入端连接所述第一供电单元的输出端，所述第二供电单元的输出端连接所述输入控制电路，所述第二供电单元用于存储所述第一供电单元输出的电能，并在所述第一供电单元断电时，向所述输入控制电路供电。

7.根据权利要求6所述的具有断电自保护功能的数据采集装置，其特征在于：

所述数据采集卡还包括一个二极管，用于使所述第一供电单元向所述第二供电单元正向导通。

8.根据权利要求7所述的具有断电自保护功能的数据采集装置，其特征在于：

所述输入控制电路包括一个电源检测芯片ADM803和一个执行电路，所述电源检测芯片ADM803的输入端连接到所述第一供电单元的输出端，电源检测芯片ADM803的输出端连接到所述执行电路的一个输入端，所述测量单元的信号输出端连接到所述执行电路的另一个输入端，所述执行电路的输出端连接到所述开关单元。

9.一种具有断电自保护功能的数据采集卡，应用于如权利要求1所述的数据采集装置，所述数据采集卡包括一个为所述数据采集卡供电的第一供电单元和依次串联连接的一个输入端口、一个测量单元、一个输出端口；

其特征在于，所述数据采集卡还包括：

一个输入控制电路，用于在所述第一供电单元断电时，产生一个第一控制信号；

一个开关单元，用于响应所述第一控制信号，使所述输入端口和测量单元断开。

10.根据权利要求9所述的具有断电自保护功能的数据采集卡，其特征在于：

所述输入控制电路，用于检测所述第一供电单元的电压输出状态，并在所述第一供电单元输出断电电压时，产生所述第一控制信号。

11.根据权利要求10所述的具有断电自保护功能的数据采集卡，其特征在于：

所述输入控制电路，还用于检测所述第一供电单元的上电持续时间，并在所述第一供电单元的上电持续时间超出一个阈值范围时，产生一个第二控制信号；

所述开关单元，用于响应所述第二控制信号，使所述输入端口和测量电路导通。

12.根据权利要求11所述的具有断电自保护功能的数据采集卡，其特征在于：

所述输入控制电路，还依据所述测量单元的状态信号，在所述第一供电单元的上电持续时间超出一个阈值范围、且所述测量单元输出处于工作状态的信号时，产生所述第二控制信号。

13.根据权利要求10所述的具有断电自保护功能的数据采集卡，其特征在于：

所述输入控制电路，还依据所述测量单元的上电复位状态信号，在所述测量单元输出复位完成的信号时，产生一个第二控制信号；

所述开关单元，用于响应所述第二控制信号，使所述输入端口和测量电路导通。

14.根据权利要求12或13所述的具有断电自保护功能的数据采集卡，其特征在于：

还包括一个第二供电单元，所述第二供电单元的输入端连接所述第一供电单元的输出端，所述第二供电单元的输出端连接所述输入控制电路，所述第二供电单元用于存储所述第一供电单元输出的电能，并在所述第一供电单元断电时，向所述输入控制电路供电。

15.根据权利要求14所述的具有断电自保护功能的数据采集卡，其特征在于：

还包括一个二极管，用于使所述第一供电单元向所述第二供电单元正向导通。

16.根据权利要求15所述的具有断电自保护功能的数据采集卡，其特征在于：

所述输入控制电路包括一个电源检测芯片ADM803和一个执行电路，所述电源检测芯片ADM803的输入端连接到所述第一供电单元的输出端，电源检测芯片ADM803的输出端连接到所述执行电路的一个输入端，所述测量单元的信号输出端连接到执行电路的另一个输入端，所述执行电路的输出端连接到所述开关单元。